Родился в семье актера и художницы. Благодаря богатой домашней библиотеке с детства приобщился к сокровищам национальной культуры. Первую блокадную зиму, во время которой умер от голода отец, провел в осажденном Ленинграде, в 1942-44 находился в эвакуации в Сибири. Окончив театроведческое отделение Ленинградского театрального института, работал преподавателем в Вологодской и Новгородской культпросветшколах. В 1950 вернулся в Ленинград, где пробовал свои силы в самых разных областях деятельности. Окончив аспирантуру отдела фольклора ИРЛИ АН СССР, в 1962 защитил кандидатскую диссертацию «Древняя русская эпическая баллада».
С 1961 по 1968 работал научным сотрудником Карельского филиала АН СССР в Петрозаводске. Экспедиции по северным областям России позволили Балашову собрать уникальный фольклорный материал и дали глубокое знание образа жизни русского крестьянина.
К художественному творчеству Балашов обратился уже в зрелом возрасте, на 40-м году жизни. Историческая романистика возникла как определенный итог его общественной деятельности, научных интересов, жизненного опыта. Первая повесть Балашова «Господин Великий Новгород», опубликованная в журнале «Молодая гвардия» в 1967, изображала жизнь новгородского общества XIII в. пластично, зримо и достоверно, знакомила с духовным и бытовым укладом, языком новгородцев той поры. С этого момента, не оставляя научную работу, Балашов посвящает себя и литературному труду.
Главный труд Балашова-художника — цикл романов «Государи Московские», включающий в себя книги: «Младший сын» (1975), «Великий стол» (1979), «Бремя власти» (1981), «Симеон Гордый» (1983), «Ветер времени» (1987), «Отречение» (1989), «Святая Русь» (1991-97), «Воля и власть» (2000). Цикл представляет собой уникальную историческую хронику-эпопею, охватывающую период русской истории с 1263 (кончина Александра Невского) до 1425. Именно в «Государях Московских» впервые в художественной литературе мир русского Средневековья воссоздан с непревзойденной степенью полноты, исторической достоверности и философской насыщенности. В нем погодно отражены основные исторические события, геополитическое положение Руси, жизнь главнейших княжеств, быт и нравы всех сословий, воплощены судьбы, облик и характер сотен исторических деятелей. Соединение эпичности с напряженными нравственно-психологическими коллизиями, духовное содержание русской истории XIV в., высокие худож. достоинства поставили романы Балашова в ряд серьезных реалистических произведений, повествующих о мире и человеке. За цикл «Государи Московские» Балашов награжден Большой Российской литературной премией (1997).
В июле 2000 г. Дмитрий Балашов трагически погиб.